• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제18권4호
• /
• pp.735-741
• /
• 2008

In our previous study, a surfactant-coated Candida rugosa lipase immobilized in microemulsion-based organogels was exploited for the synthesis of ethyl isovalerate. In the present study, we are focusing on the effective reuse of lipase immobilized in microemulsion-based organogels (MBGs) in terms of retainment of the catalytic activity. As water is one of the co-products in esterification reactions, the removal of water becomes a priority to allow the reaction to work in the forward direction and to prevent back hydrolysis. Taking this fact into consideration, the lipase-containing microemulsion-based organogels were given pretreatment and/or several intermittent treatments with dry reverse micellar solution of AOT in organic solvent during repeated cycles of ester synthesis. The pretreated MBGs with dry reverse micellar solution exhibited lower water content and higher initial rates of esterification in comparison with untreated freshly prepared MBGs. The esterification efficiency of untreated MBGs started decreasing after 5 cycles of reuse and was almost completely lost by the end of the $8^{th}$ cycle. In contrast, pretreated MBGs exhibited a gradual decrease in esterification efficiency after 5 cycles and retained about 80% of the initial activity at the end of the $8^{th}$ cycle. The intermittent treatment of MBGs after every 3 cycles resulted in enhanced reusability of immobilized lipase for up to 9 cycles without significant loss in esterification activity, after which it resulted in a slow decrease in activity with about 27% lower activity at the end of the $12^{th}$ cycle. Furthermore, the treatment conditions such as concentration of AOT in liquid dessicant and time of treatment were optimized with respect to our system. The granulated MBGs proved to be better in terms of initial esterification rates (1.2-fold) as compared with the pelleted MBGs.

• KSBB Journal
• /
• 제17권6호
• /
• pp.543-548
• /
• 2002

Candida rugosa lipase를 이용하여 효소 농도, 반응온도, 알콜 농도 및 종류 등의 반응조건에 따른 racemic ibuprofen 에스테르화 반응의 초기반응속도, 전환율 그리고 입체 선택성 을 조사하였다. 제조된 S-(+)-ibuprofen alkyl ester는 황산을 촉매로 하는 가수분해반응에 의해 순수한 S-(+)-ibuprofen으로 전환되었다. 에스테르화 반응에서는 반응온도 6$0^{\circ}C$에서 최대 활성을 보였으며, 그 이상의 온도에서는 효소의 활성 저하로 전환율과 enantiomeric excess값이 동시에 현격하게 감소하는 경향을 보였다. 알코올 농도가 증가할수록 알콜의 효소반응 저해제작용으로 인하여 초기반응속도가 감소하는 경향을 보였으며, 최종 전환율은 Ibuprofen와 Alcohol의 몰 비가 1/1에서 최고 값을 나타냈다. 알콜 종류에 따른 알코올 체인 길이가(C$_2$~C$_{10}$) 증가할수록 전환율은 증가하였는데, 특히 알코올 체인길이가 가장 큰 데칸올이 가장 높은 전환율을 보였다. 반응온도가 6$0^{\circ}C$ 이상의 높은 경우를 제외하고 에스테르화 반응 조건에 따라 입체 선택성 즉 enantiomeric excess의 큰 변화는 없었다. 화학적 가수분해 반응은 비교적 짧은 반응시간(3시간)내에 평형반응에 도달하였으며 알코올 체인 길이에 관계없이 거의 95% 이상의 높은 전환율 및 입체 선택성을 나타냈다. Lipase에 의한 ibuprofen 에스테르화 반응의 최적 조건과 화학적인 가수분해 반응을 통해서 racemic ibuprofen으로부터 높은 수율의 S-(+)-ibuprofen을 확보할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제45권3호
• /
• pp.286-290
• /
• 2007

청정 용매로 주목받고 있는 이온성 액체를 촉매로 유리지방산을 에스테르화하여 알킬에스터로 전환하는 반응 특성에 대해 조사하였다. 본 연구에서 사용한 강산성 이온성 촉매는 BPC[$AlCl_3$], BMIM[$Bf_4$], BMIM[$Pf_6$], EMIM[$Ntf_2$], BMIM[Otf] 등 5종이었으며 이러한 이온성 액체 촉매 중 BPC[$AlCl_3$]가 본 반응에서 가장 높은 활성을 갖는 것으로 나타났다. BPC[$AlCl_3$]는 모사 폐식용유를 원료로 한 에스테르화 반응 시 원료에 포함된 유리지방산의 90% 이상을 반응시작 2시간 내에 에스테르로 전환시키는 것으로 나타났다. 이러한 높은 반응 효율과 반응 후 촉매의 회수의 용이성 및 처리 후 재사용이 가능하다는 장점을 고려할 때 BPC[$AlCl_3$]를 이용하여 유리지방산이 다량 함유된 폐유지의 전처리 촉매로 활용 가능성이 높은 것으로 나타났다.

• 청정기술
• /
• 제18권1호
• /
• pp.102-110
• /
• 2012

본 연구에서는 동물성 오일로부터 바이오디젤 생산을 위한 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응을 실시하였다. 원료 초기 상태인 동물성 비계로부터 오일을 추출하기 위해 3개의 추출법을 적용하였다. 에스테르화 반응은 불균질계 촉매인 Amberlyst-15와 Amberlyst BD-20 그리고 균질계 촉매인 황산이 사용되었다. 3가지 촉매 중 유리지방산 제거 효율이 가장 높은 촉매는 황산으로 나타났으며 에스테르화 반응에 대한 황산과 메탄올의 최적 투입량 결정을 위해 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용하였다. 에스테르화 최적 조건 도출 후 유리지방산이 제거된 오일을 이용해 전이에스테르화 반응을 진행하였다. 전이에스테르화 반응 원료의 유리지방산 함량은 1% 이하이며 수분함량은 0.090% 이하였다. 촉매는 KOH, NaOH, $NaOCH_3$를 이용하였으며 무수메탄올에 녹여 사용하였다. 촉매 종류 및 투입량에 따른 영향을 관찰하기 위해 촉매 투입량을 0.3, 0.6, 0.9 wt%로 사용하였고 메탄올은 26.7 wt%로 고정하였다. 알코올 투입량에 따른 영향 실험은 투입량을 오일대비 4 : 1, 6 : 1, 9 : 1, 12 : 1로 변경하여 실시하였으며 촉매양은 0.8 wt%로 고정하였다. 촉매와 알코올 외 반응변수는 모두 동일하게 적용하였다. 반응온도는 메탄올의 끓는점인 $65^{\circ}C$로 설정하였고 내부 온도계를 설치해 반응물의 온도를 측정하였다. 촉매 투입량 변경실험 후 KOH의 FAME 전환율이 높은 것을 확인하였다. 메탄올 투입량 변경실험은 오일대비 6 : 1 이상 사용했을 때 전환율이 높았다. 촉매, 메탄올 변경 실험 중 가장 높은 FAME 함량은 96.0%였으며 품질규격인 96.5%에는 미달하였다. FAME 함량증가 및 불순물 제거를 위해 바이오디젤 증류를 실시하였다. 이때 FAME 함량은 98%로 나타났다.

• 청정기술
• /
• 제19권3호
• /
• pp.313-319
• /
• 2013

본 연구에서는 유리지방산을 4% 포함한 어유로부터 바이오디젤을 제조하기 위해 산촉매를 이용한 에스테르화 반응과 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응을 수행하였다. 실험에 사용된 어유는 GS바이오사(社)로부터 공급받은 베트남산 메기(catfish)에서 추출된 오일을 사용하였다. 에스테르화 반응에 대하여 불균질계 고체 산촉매로 Amberlyst-15와 Amberlyst BD-20을 이용하였으며 균질계 산촉매로 황산을 사용하였다. 에스테르화 반응에 의한 유리지방산 제거율이 가장 높은 촉매는 황산으로 나타났으며 반응시간도 가장 짧게 나타났다. 3종의 염기촉매 KOH, $NaOCH_3$, NaOH를 이용하여 어유의 전이에스테르화 반응 특성을 조사한 결과 KOH 촉매가 가장 적합한 것으로 나타났다. $NaOCH_3$와 NaOH 촉매의 경우 전이에스테르화 반응시 글리세롤과 바이오디젤이 일정한 조건에서 고형화 현상이 관찰되었으며 비누화 반응이 진행된 것으로 판단된다. KOH 촉매를 이용하여 초기 원료 산가와 메탄올 투입량이 전이에스테르화 반응에 미치는 영향을 조사한 결과 초기 원료오일의 산가는 낮을수록 좋았으며 메탄올과 오일의 몰비는 9:1이 적합한 것으로 도출되었다.

• 공업화학
• /
• 제16권2호
• /
• pp.243-249
• /
• 2005

회분식/순환식증류 반응시스템에서 Amberlyst 이온교환수지와 황산의 첨가에 따른 젓산의 에스테르화 반응을 고찰하였다. 회분식증류 반응시스템에서는(n-butanol/lactic acid = 4, $100^{\circ}C$) 물의 함유량이 적을수록, n-butanol/lactic acid의 몰비가 증가할수록 에스테르화 전환율이 높게 나타났다. 알코올의 종류에 따른 에스테르화 전환율을 비교 해본 결과 단순한 구조의 메탄올과 치환반응성이 뛰어난 tert-부탄올이 에탄올, n-부탄올, iso-부탄올에 비해 치환 반응에 의한 에스테르화 전환율이 높은 것으로 나타났다. 지속적으로 물을 제거하는 순환식증류 반응 시스템에서는 (n-butanol/ammonium lactate = 4, $115^{\circ}C$) Amberyst-15 고체산 촉매를 사용한 경우가 황산촉매를 사용한 경우보다 에스테르반응 전환율이 높게 나타났다. 고체산 촉매를 반응초기에 투입한 경우에는 에스테르 반응이 지속적으로 진행되었으나 황산촉매의 경우에는 초기단계의 반응속도에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 반응 초기에 투입한 황산이 ammonium lactate간의 반응을 통해 ammonium sulfate를 생성하는 중화반응에 우선적으로 참여하기 때문인 것으로 사료된다.

• 제어로봇시스템학회논문지
• /
• 제11권6호
• /
• pp.550-557
• /
• 2005

The multivariate statistical analysis methods, using both multiple linear regression(MLR) and partial least square(PLS), have been applied to predict the reactor properties and the product quality of a direct esterification reactor for polyethylene terephthalate(PET) synthesis. On the basis of the set of data including the flow rate of water vapor, the flow rate of EG vapor, the concentration of acid end groups of a product and other operating conditions such as temperature, pressure, reaction times and feed monomer mole ratio, two multi-variable analysis methods have been applied. Their regression and prediction abilities also have been compared. The prediction results are critically compared with the actual plant data and the other mathematical model based results in reliability. This paper shows that PLS method approach can be used for the reasonably accurate prediction of a product quality of a direct esterification reactor in PET synthesis process.

• 한국안전학회지
• /
• 제24권5호
• /
• pp.13-20
• /
• 2009

The risk assessment of thermal hazard to identify chemical or process hazard during early process developments have been considered. The early identification of thermal hazards associated with a process, such as rapid heats of reaction, exothermic decompositions, and the potential for thermal runaways before any large scale operations are undertaken. This paper presents to evaluate the safe operating parameters/envelope for exist plant operations. The assessment of thermal hazard with operating conditions such as amount of process materials, inhibitor, and catalyst on esterification process in manufacture of concrete mixture agents are described. The experiments were performed by a sort of calorimetry with the Multimax reactor system as a screening tool. The aim of the study was to evaluate the thermal risk of process material and mixture in terms of safety security to be practical applications in esterification process. It suggested that we should provide the thermal hazard of reaction materials to present safe operating conditions with cause of accident through this study.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제31권8호
• /
• pp.2361-2367
• /
• 2010

$TiO_2-ZrO_2$ was prepared with surfactant through a sol-gel method. Catalysts containing 5 - 35% $H_3PO_4$ were prepared using these oxides. Subsequently the catalytic performance of prepared catalysts was determined for liquid phase esterification of aromatic acids. $H_3PO_4/TiO_2-ZrO_2$ has been used as catalyst to synthesize various novel esters by esterification of some aromatic acids with aliphatic alcohols (2-propanol, 1-butanol, iso butanol, 3-pentanol, 1-hexanol, heptanol, cyclo heptanol, octanol and decanol). Under optimized conditions, maximum yields and selectivity (100%) to the corresponding ester, was obtained by using 25 wt % $H_3PO_4/TiO_2-ZrO_2$ as catalyst. The Catalyst can be easily recycled after reaction and can be reused without any significant loss of activity/selectivity performance. No by-product formation, high yields, short reaction times, mild reaction conditions, operational simplicity with reusability of the catalyst are the salient features of the present synthetic protocol. The reaction was carried out under solvent-free condition.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
• /
• 제11권3호
• /
• pp.211-214
• /
• 2006

Immobilized Candida antarctica lipase was used to catalyze the separation of ketoprofen into its components by means of esterification followed by the enzymatic hydrolysis of the ester product. In this study, ketoprofen underwent esterification to ethanol in the presence of isooctane. When the reaction was complete, 58.3% of the ketoprofen had been transformed into an ester. The ketoprofen remaining in solution after the reaction was complete consisted primarily of its S-enantiomer (83.0%), while the 59.4% of the ketoprofen component of the ester consisted of its R-enantiomer. We then subjected the ester product to enzymatic hydrolysis in the presence of the same enzyme and produced a ketoprofen product rich in the R-enantiomer; 77% of this product consisted of the R-enantiomer when 50% of the ester had been hydrolyzed, and 90% of it consisted of the R-enantiomer when 30% of the ester had been hydrolyzed. By contrast, the R-enantiomer levels only reached approximately 42 and 65%, respectively, when 50 and 30% of the racemic ester was hydrolyzed under the same conditions.